CN106416059A - 取决于温度的放大器偏置 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括第一偏置电路，该第一偏置电路配置成生成根据第一斜率随温度变化的第一电流。该装置还包括第二偏置电路，该第二偏置电路配置成生成根据第二斜率随温度变化的第二电流。该装置进一步包括低噪声放大器，该低噪声放大器包括响应于该第一偏置电路的输出的跨导级。该装置还包括负载，该负载耦合到该低噪声放大器的输出且响应于该第二偏置电路的输出。

Description

取决于温度的放大器偏置
相关申请的交叉引用
本申请要求共同拥有的于2014年1月17日提交的美国非临时专利申请No.14/158,318的优先权，该非临时专利申请的内容通过援引全部明确纳入于此。
领域
本公开一般涉及降低增益变化。
相关技术描述
技术进步已产生越来越小且越来越强大的计算设备。例如，当前存在各种各样的便携式个人计算设备，包括较小、轻量且易于由用户携带的无线计算设备，诸如便携式无线电话、个人数字助理(PDA)以及寻呼设备。更具体地，便携式无线电话(诸如蜂窝电话和网际协议(IP)电话)可通过无线网络来传达语音和数据分组。此外，许多此类无线电话包括被纳入于其中的其他类型的设备。例如，无线电话还可包括数码相机、数码摄像机、数字记录器以及音频文件播放器。同样，此类无线电话可处理可执行指令，包括可被用于访问因特网的软件应用，诸如web浏览器应用。如此，这些无线电话可包括显著的计算能力。
无线电话可在接收机处接收信号。接收机可包括用以放大接收自天线的信号的低噪声放大器(LNA)。LNA的增益和/或LNA的噪声指数可以随着温度的变化而变化。在高度敏感接收机中，增益和噪声指数的变化是不合需的。为了降低该变化，可以向LNA提供与绝对温度成比例(PTAT)的参考电流。PTAT参考电流相对于温度的斜率可以与用于生成该PTAT参考电流的两个二极管的大小比值相关联。然而，PTAT参考电流的最优斜率可能难以计算并且可能直到该LNA的设计阶段完成之后都是不可确定的。另外，向LNA提供PTAT参考电流可能不能在低温时防止接收机中的不稳定性。
附图简述
图1示出了无线设备与无线系统通信；
图2示出了图1中的无线设备的框图；
图3是可操作以降低低噪声放大器的增益变化和/或噪声指数变化的电路的示例性解说性实施例；
图4是可操作以生成斜率可调节的、与绝对温度成比例(PTAT)的电流的偏置电路的示例性解说性实施例；
图5描绘了配置成生成具有分段线性斜率的参考电流的电流源的示例性实施例；
图6解说了描绘固定斜率PTAT参考电流和多斜率PTAT参考电流的噪声指数增益的图表；以及
图7是解说用于降低低噪声放大器的增益变化和/或噪声指数变化的方法的示例性实施例的流程图。
详细描述
以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
图1示出了无线设备110与无线通信系统120处于通信。无线通信系统120可以是长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信(GSM)系统、无线局域网(WLAN)系统或其他某个无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、CDMA 1X、演进数据最优化(EVDO)、时分同步CDMA(TD-SCDMA)、或其他某个版本的CDMA。为简明起见，图1示出了无线通信系统120包括两个基站130和132以及一个系统控制器140。一般而言，无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
无线设备110还可以指用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板设备、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备、等等。无线设备110可与无线通信系统120通信。无线设备110还可接收来自广播站(例如，广播站134)的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号等。无线设备110可支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、WCDMA、CDMA 1X、EVDO、TD-SCDMA、GSM、802.11等。
图2示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在这一示例性设计中，无线设备110包括耦合至主天线210的收发机220、耦合至副天线212的收发机222、以及数据处理器/控制器280。收发机220包括多个(K个)接收机230pa至230pk和多个(K个)发射机250pa至250pk以支持多个频带、多种无线电技术、载波聚集等。收发机222包括多个(L个)接收机230sa至230sl和多个(L个)发射机250sa至250sl以支持多个频带、多种无线电技术、载波聚集、接收分集、从多个发射天线到多个接收天线的多输入多输出(MIMO)传输，等等。
在图2中示出的示例性设计中，每个接收机230包括LNA 240和接收电路242。对于数据接收，天线210接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到RF信号，该收到RF信号被路由通过天线接口电路224并作为输入RF信号被呈现给所选接收机。天线接口电路224可包括开关、双工器、发射滤波器、接收滤波器、匹配电路等。以下描述假定接收机230pa是所选接收机。在接收机230pa内，LNA 240pa放大输入RF信号并提供输出RF信号。接收电路242pa将输出RF信号从RF下变频到基带，对经下变频的信号进行放大和滤波，并且将模拟输入信号提供给数据处理器280。接收电路242pa可包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)生成器、锁相环(PLL)等。收发机220和222中的每个其余的接收机230可以类似于接收机230pa的方式操作。
在图2中示出的示例性设计中，每个发射机250包括发射电路252和功率放大器(PA)254。对于数据传送，数据处理器280处理(例如，编码和调制)要传送的数据，并且将模拟输出信号提供给所选发射机。以下描述假定发射机250pa是所选发射机。在发射机250pa内，发射电路252pa对模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频至RF，并且提供经调制的RF信号。发射电路252pa可包括放大器、滤波器、混频器、匹配电路、振荡器、LO生成器、PLL等。PA 254pa接收并放大经调制RF信号，并且提供具有恰当输出功率电平的发射RF信号。发射RF信号被路由通过天线接口电路224并经由天线210来发射。收发机220和222中的每个其余发射机250可按与发射机250pa类似的方式来操作。
图2示出了接收机230和发射机250的示例性设计。接收机和发射机还可包括图2中未示出的其他电路，诸如滤波器、匹配电路等。收发机220和222的全部或部分可被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，LNA 240和接收电路242可实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等。收发机220和222中的这些电路也可按其他方式来实现。
数据处理器/控制器280可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器280可对经由接收机230接收到的数据以及经由发射机250传送的数据执行处理。控制器280可以控制收发机220和222中的各种电路的操作。存储器282可存储供数据处理器/控制器280使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器280可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
无线设备110可以支持多个频带组、多种无线电技术、和/或多个天线。无线设备110可包括数个LNA以支持经由多个频带组、多种无线电技术、和/或多个天线的接收。
参考图3，示出了可操作以降低低噪声放大器的增益变化和/或噪声指数变化的电路300的示例性解说性实施例。在图1-2的无线设备110中可包括电路300。电路300包括第一器件302、第二器件304、第一偏置电路306和第二偏置电路308。第一器件302可对应于具有跨导(gm)级的LNA，且第二器件305可以对应于具有选择性升压电路的负载。该选择性升压电路可包括有源电路以及至少一个无源电路元件。在示例性实施例中，第一器件302可对应于图2的LNA 240pa、240pk、240sa、240sl中的至少一者。在其他示例性实施例中，第一器件302可对应于功率放大器、射频(RF)功率放大器、差分功率放大器、差分LNA或差分RF功率放大器。
第一器件302(例如，LNA)和第二器件304(例如，包括选择性升压电路的负载)可以包括在接收机的前端级中并且可以配置成放大输入信号(例如，射频(RF)信号)以生成差分信号。该差分信号可以提供给接收机的稍后级以供处理。
第一器件302包括第一晶体管382和LC电路(例如，电感器384与电容器386并联耦合)。第一晶体管382可以是NMOS晶体管。第一晶体管382的栅极可以经由电阻器耦合到第一偏置电路306，第一晶体管382的源极可以耦合到LC电路的第一端子351，并且第一晶体管382的漏极可以耦合到接地。
第一晶体管382可以对应于第一器件302的跨导(gm)级。跨导级的增益可以与第一晶体管的跨导和第一晶体管的电阻(例如，负载电阻)的乘积成比例。第一晶体管382的跨导(以及由此第一晶体管382的增益)可以基于温度而变化。如下文所解释的，第一偏置电路306可以经由第一晶体管392对第一电流310进行镜像以降低由温度变化引起的增益变化。
LC电路可以被调谐以实现目标频率处的高阻抗和高增益。尽管单个电感器384和单个电容器382被描绘为LC电路，但是在其他示例性实施例中，LC电路中可包括多个电容器和多个电感器。
第二器件304可以与LC电路并联耦合以生成负电阻。例如，第二器件304可以是包括选择性升压电路的负载，该选择性升压电路包括有源电路(例如，第二晶体管390和第三晶体管392)和至少一个无源电路元件(例如，耦合到晶体管390、392的栅极的一对电阻器)。第二晶体管390和第三晶体管392可以是具有耦合到接地的源极的NMOS晶体管。第二晶体管390的漏极可以耦合到第二器件304的第一输出端352，并且第三晶体管392的漏极可以耦合到第二器件304的第二输出端354。第二晶体管390的栅极可以经由电容器耦合到第三晶体管392的漏极，并且第三晶体管392的栅极可以经由电容器耦合到第一晶体管390的漏极。由此，第二晶体管390和第三晶体管392可以是一对交叉耦合的晶体管。第一输出端352可以向接收机的稍后级提供第一差分信号以供处理，并且第二输出端354可以向接收机的稍后级提供第二差分信号以供处理。
第二器件304可以引入负电阻(例如，以与谐振隧穿二极管类似的方式操作的组件，藉此，跨该组件的电压随着流过该组件的电流的增加而降低)以补偿降低阻抗和/或增益的LC电路中的电阻损耗。该电阻损耗可以由第一晶体管382中的源极到漏极电阻损耗、电感器384中的电阻损耗、电容器382中的电阻损耗或其组合引起。第二器件304可以通过使用负跨导级来升高第一器件302的增益(例如，负增益推升)以引入可调节负跨导来补偿电阻损耗。
负跨导级(例如，交叉耦合的晶体管390、392)的增益可以大约与晶体管390、392的跨导和晶体管390、392的电阻(例如，负载电阻)的乘积成比例。晶体管390、392的跨导(以及由此晶体管390、392的增益)可以基于温度而变化。如下文所解释的，第二偏置电路308可以(经由电阻器)向晶体管390、392的栅极提供第二电流312以降低由温度变化引起的增益变化。
第一器件302(例如，LNA)的增益和第二器件304(例如，负载)的增益可以对接收机的总增益作出贡献。例如，第一器件302和/或第二器件304中的一个或多个电路元件可以被选择(例如，在接收机的设计阶段期间)以分别修改接收机的增益达第一量或第二量。附加地，第一器件302的噪声指数和第二器件304的噪声指数可以对接收机的总噪声指数产生贡献。来自器件302、304的对于增益以及对于噪声指数的贡献可以是取决于温度的。由此，增益和噪声指数可以根据温度而变动。
第一偏置电路306可以耦合到第一晶体管382(例如，跨导级)以至少部分补偿由第一晶体管382引起的取决于温度的增益变化和/或取决于温度的噪声指数变化。第一偏置电路306可包括第一电流源314、第二电流源316、第三电流源318和第四晶体管340。第一电流源314可以是配置成基于PTAT参考电流(IPTAT0)来生成第一源电流的电流发生器。例如，第一电流源314可以配置成生成具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以相乘因子M的幅值的第一源电流。
第二电流源316可以是响应于第一级选择码而基于PTAT参考电流(IPTAT0)来生成第二源电流的可变电流发生器。例如，第二电流源316可以配置成生成具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以相乘因子N0的幅值的第二源电流。第三电流源318可以是响应于第一级选择码而基于带隙参考电流(IBG0)来生成第一阱电流的可变电流发生器。例如，第三电流源318可以配置成生成具有带隙参考电流(IBG0)乘以相乘因子N0的幅值的第一阱电流。如参考图4所进一步描述的，虽然被描述和解说为三个不同的电流源314-318，但是可以使用电流镜和数模转换器(DAC)类型配置来实现第一偏置电路306。
第一电流310可以约等于第一源电流和第二源电流之和减去第一阱电流。第一偏置电路306可以配置成通过第四晶体管340来提供要经由第一晶体管382进行镜像的第一电流310(例如，偏置电流)，该第一晶体管382是LNA的主跨导器件。或者第四晶体管340和第一晶体管382可以被包括在电流镜电路中，该电流镜电路向LNA的主器件提供特定的电流水平。第一电流310可以是斜率可调节的PTAT电流。如本文中所使用的，斜率可调节的PTAT电流是指具有动态可调节的斜率(例如，相对于温度变化的电流幅值变化)的PTAT电流。
第一偏置电路306可以配置成通过基于第一级选择码来调节PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)对于第一电流310做出的贡献来调节第一电流310的斜率。例如，第一偏置电路306可以基于第一级选择码来设置与第二电流源316和第三电流源318相关联的相乘因子N0。如参考图4所进一步描述的，第一级选择码可以是指示第一偏置电路306内启用的电流贡献级的数目的数字码。在示例性实施例中，第一电流310的斜率可以是线性的(或基本上线性的)。如参考图5所进一步描述的，在另一示例性实施例中，第一电流310的斜率可以是非线性的(例如，分段线性)。
第二偏置电路308可以耦合到第二器件304(例如，交叉耦合的晶体管390、392)以至少部分补偿由第二器件304引起的取决于温度的增益变化和/或取决于温度的噪声指数变化。第二偏置电路308可包括第四电流源320、第五电流源322、第六电流源324和第五晶体管344。第四电流源320可以是配置成基于PTAT参考电流(IPTAT0)来生成第三源电流的电流发生器。例如，第四电流源320可以配置成生成具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以相乘因子M的幅值的第三源电流。在示例性实施例中，与第一电流源314相关联的相乘因子M可以和与第四电流源320相关联的相乘因子M相同。在另一示例性实施例中，与第一电流源314相关联的相乘因子M可以和与第四电流源320相关联的相乘因子M不同。
第五电流源322可以是响应于第二级选择码而基于PTAT参考电流(IPTAT0)来生成第四源电流的可变电流发生器。例如，第五电流源322可以配置成生成具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以相乘因子N1的幅值的第四源电流。第六电流源324可以是响应于第二级选择码而基于带隙参考电流(IBG0)来生成第二阱电流的可变电流发生器。例如，第六电流源324可以配置成生成具有带隙参考电流(IBG0)乘以相乘因子N1的幅值的第二阱电流。如参考图4所进一步描述的，虽然被描述和解说为三个不同的电流源320-324，但是可以使用电流镜和DAC类型配置来实现第二偏置电路308。
第二电流312可以约等于第三源电流与第四源电流之和减去第二阱电流。第二偏置电路308可以配置成通过第二偏置电路308的第五晶体管344来提供要在第二器件304处被镜像的第二电流312(例如，偏置电流)。例如，第二电流312的一部分可以经由第五晶体管344和第二晶体管390被镜像，并且第二电流312的基本上相等部分可以经由第五晶体管324和第三晶体管392被镜像。第二电流312可以是可动态调节的斜率可调节的PTAT电流。
第二偏置电路308可以配置成通过基于第二级选择码来调节PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)对于第二电流312的贡献来调节第二电流312的斜率。例如，第二偏置电路308可以基于第二级选择码来设置与第五电流源322和第六电流源324相关联的相乘因子N1。如参考图4所进一步描述的，第二级选择码可以是指示第二偏置电路308内启用的电流贡献级的数目的数字码。在示例性实施例中，第二电流312的斜率可以是线性的(或基本上线性的)。如参考图5所进一步描述的，在另一示例性实施例中，第二电流312的斜率可以是非线性的(例如，分段线性)。
通过基于级选择码来设置第一电流310和第二电流312的斜率，第一电流310和第二电流312的斜率可以在设计阶段完成之后来调节。级选择码可以由处理器或其他控制逻辑提供/生成，并且在设计阶段完成之后修改(例如，改变)。例如，在设计阶段完成之后(例如，在电路元件(诸如第一器件302和第二器件304内的组件)的值已经被选择之后且在电路元件被置于对应的器件302、304中之后)，第一电流310的第一斜率可以基于第一级选择码的值来修改(例如，调节)，并且第二电流312的第二斜率可以基于第二级选择码的值来单独地修改。
第一级选择码可以被选择来设置第一电流310的第一斜率以降低由第一器件302处的温度变化引起的增益变化和/或噪声变化。例如，可以使用第一斜率的初始值来跨特定温度范围测量第一器件302的增益和噪声指数基于对增益和噪声指数的测量，可以确定第一斜率的第一目标值以降低增益变化和/或噪声变化。可以经由第一级选择码的选择来将第一斜率设置成逼近第一目标值。
第二级选择码的选择可以针对第二器件304按类似的方式来进行。例如，基于对第二器件304的增益和噪声指数的测量，可以确定第二目标值以降低第二器件304的增益变化和/或噪声指数变化。可以经由第二级选择码的选择来将第二电流312的第二斜率设置成逼近第二目标值。如本文中所进一步描述的，通过将第一斜率和第二斜率设置成不同值，可以补偿第一器件302和第二器件304的不同温度依赖性。
电流310、312的幅值可以分别基于由电流源314-318、320-324生成的电流的幅值。因为由电流源314-324生成的电流基于PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)，所以电流310、312(例如，斜率可调节的PTAT电流)的幅值可以被确定为PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)的函数。如上文所解释的，第一电流源314和第四电流源320分别配置成生成第一源电流和第三源电流，这两个源电流具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以相乘因子M的幅值。由此，第一源电流和第三源电流，其被指定为IPTAT，可以表达成：
IPTAT＝M*IPTAT0(式1)。
如以上所解释的，PTAT参考电流(IPTAT0)是取决于温度的。例如，PTAT参考电流(IPTAT0)的幅值可以与常数(α)以及给定温度(T)和特定温度(T0)(例如，指定温度，诸如室温)之间的差异相关。在示例性实施例中，可以确定带隙参考电流(IBG0)，以使得带隙参考电流(IBG0)的幅值约等于特定温度(T0)(例如，室温)下PTAT参考电流(IPTAT0)的幅值。通过选择带隙参考电流(IBG0)以使得PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)在特定温度(T0)下具有相同的幅值，PTAT参考电流(IPTAT0)可以表达为：
IPTAT0＝α*(T–T0)+IBG0 (式2)
替代掉式1中的PTAT参考电流(IPTAT0)导致第一源电流和第三源电流被表达为：
IPTAT＝M*α*(T–T0)+M*IBG0 (式3)
第一电流310取决于由电流源314-318生成的电流。如图3中所解说的，第一电流源314和第二电流源316发起电流，且第三电流源318汲取电流。由此，第一电流310(标记为IkPTAT)的幅值可以表达为：
IkPTAT＝M*IPTAT0+N0*IPTAT0–N0*IBG0 (式4)
替代掉式4中的PTAT参考电流(IPTAT0)导致第一源电流310(IkPTAT)被表达为：
IkPTAT＝(M+N0)*α*(T–T0)+M*IBG0 (式5)
基于式5，第一电流310的斜率(例如，相对于温度变化的电流幅值变化)(IkPTAT)是(M+N0)*α*(T–T0)。类似地，基于式3，第一源电流(IPTAT)的斜率为M*α*(T–T0)。第一电流310的第一斜率的第一斜率比(例如，第一电流(IkPTAT)的斜率与第一源电流(IPTAT)的“参考”斜率的比值)可以被表达为：
精简式6导致具有值1+N0/M的第一斜率比。式1-6可以类似地应用到第二偏置电路308，其基于第二级选择码使用第二相乘因子N1。例如，将式1-6应用到第二偏置电路308得到具有值1+N1/M的第二斜率比。
因为第一斜率比取决于第一相乘因子N0，且第二斜率比取决于第二相乘因子N1，所以第一斜率比可以独立于第二斜率比来设置(例如，可以基于不同值来设置电流310、312的斜率)。为了降低增益变化和/或噪声指数变化，可以选择第一电流310的第一斜率和第二电流312的第二斜率，从而第一斜率比和第二斜率比中的每一个都大于1。在示例性实施例中，使用第一选择码和第二选择码来将第一斜率比和第二斜率比各自设置成在特定范围中的值(例如，大约在1.22和1.93之间)。将这些斜率比设置在特定范围内可以实现跨特定温度范围的增益变化的降低和/或噪声指数变化的降低。在示例性实施例中，第二电流312的第二斜率可以大于第一电流310的第一斜率(如由第二斜率比大于第一斜率比所指示的)。在其他示例性实施例中，第一电流310的斜率可以大于第二电流312的斜率(如由第一斜率比大于第二斜率比所指示的)。
在电路300的操作期间，第一偏置电路306可以向第一器件302提供第一电流310，并且第二偏置电路308可以向第二器件304提供第二电流312。电流310、312的斜率可以分别基于第一级选择码和第二级选择码来设置。级选择码的值可以被选择以降低增益变化和/或噪声指数变化。基于接收到电流310、312，第一器件302和第二器件304可以放大所接收到的输入信号以在输出端子352、354处生成差分信号。
因为第一电流310和第二电流312的斜率是使用独立的级选择码来调节的，所以可以个别地且独立地补偿第一器件302和第二器件304的不同温度依赖性以降低增异变化和/或噪声指数变化。进一步，与(在设计阶段期间确定的)预测值不同，通过基于测量值来调节第一电流310和第二电流312的斜率(例如，在设计阶段之后)，增益变化和/或噪声指数变化可以基于与预测值不同的实际值(例如，测量值)来降低。作为非限定示例，通过分别生成具有斜率比1.44和1.66的第一电流310和第二电流312，相比于与生成单个固定斜率PTAT电流相关联的2分贝(dB)降低，增益变化可以被降低大约6.5分贝(dB)
作为另一示例，第一电流310的第一斜率可以设置成比第二电流312的第二斜率高的值以降低高温时的噪声指数变化而同时在低温时提供稳定性。例如，向第一电流310提供比第二电流312大的斜率可以使得器件302、304满足目标增益，而同时限制电流消耗，从而器件302、304在低温时不会变得不稳定。由于降低的增益变化和/或降低的噪声指数变化，可以在高度敏感接收机(诸如全球定位系统(GPS)接收机)中使用器件302、304。
参见图4，示出了可操作以生成斜率可调节的PTAT电流的偏置电路400的示例性解说性实施例。偏置电路400可对应于图3的第一偏置电路306或图3的第二偏置电路308。偏置电路400可配置成基于PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)使用电流贡献级406来生成斜率可调节的PTAT电流408。斜率可调节的PTAT电流408可以对应于图3的第一电流310或图3的第二电流312。
偏置电路400包括配置成生成PTAT参考电流(IPTAT0)的第一电流源402、配置成生成带隙参考电流(IBG0)的第二电流源404、晶体管412-416，以及电流贡献级406。第一晶体管412和第二晶体管414可以是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管并且可以配置成作为电流镜操作。可确定第二晶体管414的大小以使得经由第二晶体管412镜像的电流具有PTAT参考电流(IPTAT0)乘以第一相乘因子M的幅值。由此，第二晶体管414可以向斜率可调节的PTAT电流408贡献具有M*IPTAT0的幅值的源电流。
第一晶体管412和第三晶体管416可以各自配置有电流贡献级406中的一个或多个对应晶体管以操作为附加电流镜。附加电流镜可以配置成使得由电流贡献级406提供的电流具有N*IPTAT0–NIBG0的幅值，其中N是第二相乘因子(例如，N可以对应于图3中的N0或N1)。第二相乘因子N可以基于级选择码来调节。基于第二晶体管414和电流贡献级406，斜率可调节的PTAT电流输出408的幅值可以是M*IPTAT0+N*IPTAT0–N*IBG0。
电流贡献级406可以配置成基于级选择码来设置第二相乘因子N(例如，以设置斜率可调节的PTAT电流408的幅值)。在示例性实施例中，电流贡献级406对应于数模转换器(DAC)。例如，电流贡献级406可以基于数字控制信号(例如，级选择码)来调节斜率可调节的PTAT电流408的幅值。级选择码可以对应于图3的第一级选择码或者图3的第二级选择码。该级选择码可以具有n+1位，并且电流贡献级406可包括n+1级，其中n是大于或等于零的整数。电流贡献级406中的每个电流贡献级可以响应于级选择码的对应位。
解说性的第一电流贡献级410可包括多个开关、一对晶体管418和420，以及配置成接收级选择码的第一位(例如，码0)的输入端。第一电流贡献级410可以响应于码0以调节第二相乘因子N。例如，第一电流贡献级410可以通过基于码0的值对PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)进行镜像来调节第二相乘因子N。在示例性实施例中，第一晶体管418可以被包括在PTAT电流二进制DAC中。例如，第一电流贡献级410的第一晶体管418和第一晶体管412可以配置成充当第一电流镜以对第一电流贡献级410中的PTAT参考电流(IPTAT0)进行镜像。在示例性实施例中，第二晶体管420可以被包括在带隙电流二进制DAC中。例如，第一电流贡献级410的第二晶体管420和第三晶体管416可以配置成充当第二电流镜以对第一电流贡献级410中的带隙参考电流(IPTAT0)进行镜像。
当码0的值为零时，多个开关可以禁用晶体管418、420，从而没有电流被晶体管418、420镜像。当码0的值为1时，多个开关可以启用晶体管418、420，从而PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)在第一电流贡献级410中被镜像。相应地，当码0的值为1时，第一电流贡献级410增大第二相乘因子N。
电流贡献级406中的每个电流贡献级可包括类似的电路组件并且可以针对级选择码的对应位(例如，码0到码n)按类似的方式操作以调节(例如，修改)第二相乘因子N。调节第二相乘因子N可以调节斜率可调节的PTAT电流408的斜率(例如，相对于温度的电流幅值)，而同时电流408的幅值在指定温度(T0)下保持相同。
在示例性实施例中，级选择码可以是两位二进制码(例如码_1和码_0)，并且两个电流贡献级410、430可以响应于该级选择码。在此特定实施例中，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以基于第一电流贡献级410和第二电流贡献级430中的哪些电流贡献级被启用来设置成四个值中的一个值。斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以基于级选择码的值而被设置在PTAT参考电流(IPTAT0)的1.22倍和1.93倍之间。
例如，当由于一个或多个电流贡献级406中没有电流贡献级被启用而使得级选择码是“00”时，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以是PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的1.12倍。在该示例中，基于没有任何来自电流贡献级406的贡献的晶体管412、414，斜率可以是PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的1.12倍。替换地，当由于第一电流贡献级410被启用而使得级选择码是“01”时，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以是PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的1.39倍。在本示例中，第一电流贡献级410可以增加斜率可调节的PTAT电流408的斜率达PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的约0.27倍。
作为另一示例，当由于第二电流贡献级430被启用而使得级选择码是“10”时，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以是PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的1.66倍。当由于电流贡献级410、430二者都被启用而使得级选择码是“11”时，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以是PTAT参考电流(IPTAT0)的斜率的1.93倍。在其他示例性实施例中，级的数目可以大于2且级选择码可以具有不止2位。相应地，在其他示例性实施例中，斜率可调节的PTAT电流408的斜率可以基于级选择码而被设置成其他值。
参见图5，示出了配置成生成具有分段线性斜率的参考电流的电流源的两个示例性实施例500、504。电流源500、504可对应于图3中所描绘的电流源中的一者或多者。第一电流源500配置成输出第一参考电流502，且第二电流源504配置成输出第二参考电流506。第一参考电流502或第二参考电流506可对应于图3-4中的PTAT参考电流(IPTAT0)。
第一电流源500包括多个电流贡献级，包括第一级520和第二级522。第一级520包括配置成生成PTAT参考电流(IPTAT0)的第一电流源540，配置成生成第一带隙参考电流(IBG1)的第二电流源542、开关、配置为电流镜以提供第一级电流530的一对晶体管(例如，第一晶体管560和第二晶体管562)。第二晶体管562可以是配置成充当可变宽度晶体管的一组一个或多个晶体管。
在示例性实施例中，可以确定带隙参考电流(IBG1)542，以使得带隙参考电流(IBG1)的幅值约等于特定温度(T1)下PTAT参考电流(IPTAT0)540的幅值。第一级电流530可以是“经整流”电流。例如，当温度(T)小于T1时，晶体管560、562可以不对电流进行镜像，因为去往连接二极管的晶体管560的负偏置电流(IPATA0-IBG1)变成由晶体管560整流。(例如，第一级电流530具有零幅值)。当温度大于或等于第一温度(T1)时，第一级电流530的幅值可以约等于PTAT参考电流(IPTAT0)和第一带隙参考电流(IBG1)之差(例如，IPTAT0-IBG1)。开关可以响应于斜率选择值的对应位以启用(或禁用)第一参考电流502的生成。
温度大于(T1)时的第一级电流530可具有线性斜率(例如，相对于温度变化的电流幅值变化)。第一电流源500的其他级可以与第一级520类似地起作用，但是是针对与第一温度(T1)不同的温度并且针对不同的带隙电流的。例如，当温度小于第二温度(T2)时，第二级522的第二级电流532的幅值为0。当温度大于或等于第二温度(T2)时，第二级电流532的幅值可以约等于PTAT参考电流(IPTAT0)和第二带隙参考电流(IBG2)之差(例如，IPTAT0-IBG2)。级电流530、532组合以生成第一参考电流502。例如，第一参考电流502可包括第一级电流530、第二级电流532和来自其他级的级电流的组合(当第一电流源500包括两个以上级时)。
第一参考电流502可具有非线性(例如，分段线性)斜率。例如，第一参考电流502的斜率由第一图表510示出。如第一图表510中所解说的，第一参考电流在第一温度区域(例如，从第一温度(T1)到第二温度(T2))中具有第一斜率值，在第二温度区域(例如，从第二温度(T2)到第三温度(T3))中具有第二斜率值，在第三温度区域(例如，从第三温度(T3)到第四温度(T4))中具有第三斜率值，以及在第四温度区域(例如，第四温度(T4)以上)中具有第四斜率值。第一斜率值、第二斜率值、第三斜率值和第四斜率值可以是不同值。每个斜率值可以与第一电流源500的一个或多个对应级相关联。例如，第一斜率值可以基于第一级电流530、第二斜率值可以基于第一级电流530和第二级电流532的组合等。虽然仅描述了两个级，但是第一电流源500可包括任意数目的级(例如，任意数目的带隙参考电流)，并且第一参考电流502的斜率可以具有任意数目的对应斜率值。
第二电流源504可以配置成生成第二参考电流506。在示例性实施例中，第二电流源504可包括两个电流贡献级(例如，第一级524和第二级526)和配置成输出带隙电流(IBG)的电流源，其可以用来将第二参考电流506归一化到特定值。第一级524包括配置成生成与绝对温度互补(CTAT)的参考电流(ICTAT0)的第一电流源544，配置成生成第一带隙参考电流(IBG1)的第二电流源546、开关、以及配置为电流镜以提供第一级电流534的一对晶体管564、566。晶体管566可以是配置成充当可变宽度晶体管的一组一个或多个晶体管。如本文中所使用的，CTAT参考电流是指具有互补(例如，负)温度依赖性的参考电流。例如，CTAT参考电流的幅值变化与温度变化成比例相关，其中CTAT参考电流的幅值变化具有与温度变化相反的极性。
开关可以响应于斜率选择值的对应位以启用(或禁用)第二参考电流506的生成。第一级电流534可以是“经整流”电流。例如，当温度超过273°K时，晶体管564、566可以不对电流进行镜像(例如，第一级电流534具有零幅值)。当第二电流源504的温度小于273°K时，第一级输出电流534的幅值可以约等于CTAT参考电流(ICTAT0)和第一带隙参考电流(IBG1)之差(例如，ICTAT0-IBG1)。当温度小于273°K时，第一级电流534可以具有线性斜率(或基本上线性的斜率)，该线性斜率具有负值。
第二级526可以类似于第一级524地起作用，但是是针对与273°K不同的温度且针对不同电流的。例如，当温度小于298°K时，第二级526可以生成具有零幅值的第二级电流536。当温度超过298°K时，第二级电流536的幅值可以约等于PTAT参考电流(IPTAT0)和第二带隙参考电流(IBG2)之差(例如，IPTAT0-IBG2)。第一级电流534和第二级输出电流536可以被组合以生成第二参考电流506。
第二参考电流506可具有非线性(例如，分段线性)斜率。例如，第二参考电流506的斜率由第二图表512示出。如第二图表512中所解说的，第二参考电流506在第一温度区域(例如，小于273°K)中具有第一斜率值，在第二温度区域(例如，273°K和298°K之间)中具有第二斜率值，并且在第三温度区域(例如，大于298°K)中具有第三斜率值。由此，第一温度区域可以低于第二温度区域和第三温度区域。例如，第一温度区域可以对应于比与第二温度区域和第三温度区域相关联的温度冷的温度。第一斜率值可以是负斜率值，第二斜率值可以是零值，且第三斜率值可以是正斜率值。由此，第二参考电流506的斜率可以在特定温度区域(例如，第三温度区域)中具有正斜率，且在不同温度区域(例如，第一温度区域)中具有负斜率。
虽然仅有两个级被解说为包括在第二电流源504中，但是可以包括任意数目个级，并且第二参考电流506的斜率可以具有任意数目个对应斜率值。例如，第二电流源504中可以包括第一电流源500的一个或多个级，以生成具有分段线性斜率的第二参考电流506，该分段线性斜率包括多个斜率值，其中这些斜率值中的一者或多者为负斜率值。
与使用具有单个线性斜率的电流相比，使用参考电流502、506(例如，具有分段线性斜率的电流)作为PTAT参考电流(IPTAT0)可以实现增益变化的降低和/或噪声指数变化的降低。例如，具有大斜率值的PTAT电流可以在高温时降低变化；然而，该大斜率值可以在低温时减小电流幅值。低温时的小电流幅值可能不足以偏置LNA(例如，由于小电流幅值，LNA在低温时变得不稳定)。使用具有分段线性斜率的电流可以使得LNA能够在低温时接收足够高的电流幅值，且在高温时接收高电流幅值以在高温时实现变化的降低。
通过使用参考电流502、506作为PTAT参考电流(IPTAT0)，图3的第一电流310的第一斜率可以基于第一器件302的温度而是分段线性的。以类似的方式，图3的第二电流312的第二斜率可以基于第二器件304的温度而是分段线性的。例如，通过在低温时使用具有第一斜率值(例如，小值或负值)的电流，可以向LNA应用相对较大的电流以降低噪声指数变化(例如，改进LNA稳定性)。此外，通过在高温时使用第二斜率值(例如，大值)，可以向LNA应用在高温时具有比第一斜率值所投影的幅值大的幅值的电流以降低由高温引起的增加的噪声变化。由此，多斜率配置可以在高温时降低变化并且防止LNA在低温时变得不稳定。
参见图6，示出了描绘固定斜率PTAT参考电流和多斜率PTAT参考电流的噪声指数增益的特定图表。第一图表602描绘了多斜率PTAT参考电流的噪声指数增益，并且第二图表604描绘了固定斜率PTAT参考电流的噪声指数增益。多斜率PTAT参考电流可以根据针对图5描述的技术来生成。
在示例性解说性实施例中，针对高温，示出了约0.3分贝(dB)的改进。例如，在110摄氏度(例如，383开尔文度)时，多斜率PTAT参考电流的噪声指数增益约为3.07dB，而固定斜率PTAT参考电流的噪声指数增益约为3.36dB。还将领会，室温(例如，25摄氏度)时基于多斜率PTAT参考电流的偏置电流的幅值与室温时基于固定斜率PTAT参考电流的偏置电流的幅值基本相同。由此，图6中所描绘的图表602、603解说了在对应温度下小于固定斜率PTAT参考电流的噪声指数降级的多斜率PTAT参考电流的噪声指数降级。
参见图7，示出了解说用于降低低噪声放大器的增益变化和/或噪声指数变化的方法的示例性实施例的流程图。在示例性解说性实施例中，方法700可使用图1-2的无线设备110、图3的电路300、图4的偏置电路400、图5的电路500、504或其任何组合来执行。
方法700包括在702，使用根据第一斜率随温度变化的第一电流来偏置第一器件。例如，参见图3，第一偏置电路306可以生成根据第一斜率随温度变化的第一电流310(例如，第一斜率可调节的PTAT电流)。第一偏置电路306可以基于第一级选择码来调节第一电流310的第一斜率。通过基于第一级选择码来调节第一电流310的第一斜率，第一偏置电路306使得能够在电路300的设计阶段完成之后调节第一斜率。第一电流310的第一斜率可以被设置成降低由第一器件302的温度变化引起的增益变化和/或噪声指数变化。例如，第一斜率可以被确定为PTAT参考电流和带隙参考电流的第一函数。
在704处，可以偏置耦合到第一器件的输出的第二器件。例如，参见图3，第二偏置电路308可以生成根据第二斜率随温度变化的第二电流312。第二电流312可以对应于偏置第二器件304的第二斜率可调节的PTAT电流。第一斜率可调节的PTAT电流可以独立于第二斜率可调节的PTAT电流来控制。例如，第二电流312的第二斜率可以被设置成调节由第二器件304(例如，负跨导级)生成的负跨导值以递增地调节(例如，推升)第一器件302(例如，LNA)的增益。调节由第二器件304生成的跨导值可以降低由第二器件304的温度变化引起的增益变化和/或噪声指数变化。第二斜率可以被确定为PTAT参考电流和带隙参考电流的第二函数。
方法700还可包括接收第一数字码并基于该第一数字码来控制第一斜率可调节的PTAT电流。例如，参见图3，第一偏置电路306可以通过基于第一级选择码来调节PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)对于第一电流310的贡献的方式调节第一电流310的斜率。第一级选择码可以是指示第一偏置电路306内启用的电流贡献级的数目的数字码。
方法700还可包括接收第二数字码并基于该第二数字码来控制第二斜率可调节的PTAT电流。例如，参见图3，第二偏置电路308可以通过基于第二级选择码来调节PTAT参考电流(IPTAT0)和带隙参考电流(IBG0)对于第二电流312的贡献的方式调节第二电流312的斜率。第二级选择码可以是指示第二偏置电路308内启用的电流贡献级的数目的数字码。
图7的方法700可以单独(例如，个别)地调节第一电流310和第二电流312的斜率以分别补偿与第一器件302相关联的温度依赖性和与第二器件304相关联的温度依赖性。因为第一器件302和第二器件304的温度依赖性可以是不同的，所以与和向第一器件302和第二器件304提供单个固定斜率的PTAT参考电流相比，使用个别斜率可调节的电流(例如，电流310和312)可以增强关于每个器件302、304在特定温度范围上的变化(例如，增益变化和/或噪声指数变化)的降低。
结合所描述的实施例，一种装备包括用于使用根据第一斜率随温度变化的第一电流来偏置低噪声放大器的装置。例如，该用于偏置低噪声放大器的装置可包括图1-2的无线设备110、图3的第一偏置电路306、图3的第一电流源314、图3的第二电流源316、图3的第三电流源318、图3的第四晶体管340、图4的偏置电路400及其中的组件、图5的第一电流源500及其中的组件、图5的第二电流源504及其中的组件、用以偏置低噪声放大器的一个或多个其他设备、电路、模块或指令，或其任意组合。
该装备还可包括用于使用根据第二斜率随温度变化的第二电流来偏置低噪声放大器的负载的装置。例如，该用于偏置负载的装置可包括图1-2的无线设备110、图3的第二偏置电路308、图3的第四电流源3320、图3的第五电流源322、图3的第六电流源324、图3的第五晶体管344、图4的偏置电路400及其中的组件、图5的第一电流源500及其中的组件、图5的第二电流源504及其中的组件、用以偏置负载的一个或多个其他设备、电路、模块或指令，或其任意组合。
技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑框、配置、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、由处理器执行的计算机软件、或这两者的组合。各种解说性组件、框、配置、模块、电路、和步骤已经在上文以其功能性的形式作了一般化描述。此类功能性是被实现为硬件还是处理器可执行指令取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本公开的范围。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或这两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM)、电可擦式可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、或本领域中所知的任何其他形式的非瞬态存储介质中。示例性的存储介质耦合至处理器以使该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在计算设备或用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在计算设备或用户终端中。
提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域技术人员皆能制作或使用所公开的实施例。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的原理可被应用于其他实施例而不会脱离本公开的范围。因此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与如由所附权利要求定义的原理和新颖性特征一致的最广的可能范围。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
第一偏置电路，其配置成生成根据第一斜率随温度变化的第一电流；
第二偏置电路，其配置成生成根据第二斜率随温度变化的第二电流；
低噪声放大器，其包括响应于所述第一偏置电路的输出的跨导级；以及
负载，其耦合到所述低噪声放大器的输出且响应于所述第二偏置电路的输出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载包括选择性升压电路，所述选择性升压电路包括有源电路和至少一个无源电路元件。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏置电路包括耦合到所述第一偏置电路的第一输出节点的多个电流贡献级，并且其中所述第二偏置电路包括耦合到所述第二偏置电路的第二输出节点的多个电流贡献级。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏置电路的每个电流贡献级包括：
第一晶体管，其耦合到所述第一输出节点并且配置成向所述第一输出节点提供与绝对温度成比例(PTAT)的电流；
第二晶体管，其耦合到所述第一输出节点并且配置成从所述第一输出节点提供带隙电流；以及
使能电路，其用以选择性地激活所述第一晶体管和所述第二晶体管。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一斜率基于所述低噪声放大器的温度，并且所述第二斜率基于所述负载的温度。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述第二温度在第一温度区域内时，所述第二斜率为负，并且其中当所述第二温度在第二温度区域内时，所述第二斜率为正。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一温度区域低于所述第二温度区域。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述跨导级包括响应于所述第一电流的晶体管。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏置电路包括：
可操作以生成与绝对温度成比例(PTAT)的电流的PTAT电流源；
可操作以生成带隙电流的带隙电流源；
响应于第一级选择码的第一多个晶体管，其中所述第一多个晶体管可操作以基于所述第一级选择码来调节所述PTAT电流的幅值；以及
响应于第二级选择码的第二多个晶体管，其中所述第二多个晶体管可操作以基于所述第二级选择码来调节所述带隙电流的幅值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一多个晶体管对应于PTAT电流二进制数模转换器(DAC)，并且其中所述第二多个晶体管对应于带隙电流二进制DAC。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一斜率是基于具有参考斜率的与绝对温度成比例(PTAT)的参考电流的，并且其中所述第一斜率与所述参考斜率之比大于1。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一斜率大于所述第二斜率。
13.一种装备，包括：
用于使用根据第一斜率随温度变化的第一电流来偏置低噪声放大器的装置；以及
用于使用根据第二斜率随温度变化的第二电流来偏置所述低噪声放大器的负载的装置。
14.如权利要求13所述的装备，其特征在于，所述第一斜率被确定为与绝对温度成比例(PTAT)的参考电流和带隙参考电流的第一函数，并且其中所述第二斜率被确定为所述PTAT参考电流和所述带隙参考电流的第二函数。
15.如权利要求13所述的装备，其特征在于，所述第一斜率是分段线性的，并且其中所述第二斜率是分段线性的。
16.如权利要求15所述的装备，其特征在于，当所述第二温度在第一温度区域内时，所述第二斜率为负，并且其中当所述第二温度在第二温度区域内时，所述第二斜率为正。
17.如权利要求13所述的装备，其特征在于，所述负载包括选择性升压电路。
18.一种方法，包括：
使用根据第一斜率随温度变化的第一电流来偏置第一设备；以及
偏置耦合到所述第一设备的输出的第二设备，所述第二设备是使用根据第二斜率随温度变化的电流来偏置的。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括：
接收第一数字码并且基于所述第一数字码来控制所述第一斜率；以及
接收第二数字码并且基于所述第二数字码来控制所述第二斜率。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，基于所述第一数字码来控制所述第一斜率包括根据所述第一数字码的值来选择性地启用第一偏置电路中的第一数目的电流贡献级，并且其中基于所述第二数字码来控制所述第二斜率包括根据所述第二数字码的值来选择性地启用第二偏置电路中的第二数目的电流贡献级。
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